小電流接地系統綜合選線故障測度計算方法
【專利摘要】本發明公開了一種小電流接地系統單相接地故障綜合選線中故障測度的計算方法，包括以下步驟：故障選線邏輯啟動；采集故障數據；選擇M個選線判據和N種故障測度計算方法；對于選定的選線判據，利用選取的故障測度計算方法計算包括母線在內的每條線路故障測度值，則每一個線路有N個故障測度；對于選定的選線判據，利用DS證據理論融合每條線路的N個故障測度作為這條線路的故障測度。本發明采用DS證據理論將現有的不同故障測度計算方法進行融合，克服了它們自身所具有的片面性，采用融合后的故障測度準確度進一步提高，從而提高故障選線的準確度。
【專利說明】
小電流接地系統綜合選線故障測度計算方法
技術領域
[0001] 本發明設及小電流接地系統單相接地故障選線方法，尤其是設及一種小電流接地 系統單相接地故障綜合選線中故障測度的計算方法。
【背景技術】
[0002] 在我國，絕大多數3~66kV中壓配電網都采用中性點不接地或經消弧線圈接地的 運行方式，稱為中性點非有效接地系統。當中性點非有效接地系統發生單相接地故障后，由 于中性點非有效接地，在電路上不構成回路，因此線路中沒有短路電流流過，只是經線路對 地電容形成較小的電流通路，因此，又稱中性點非有效接地系統為小電流接地系統。由于此 時=相線電壓仍然保持對稱關系，不影響對負荷連續供電，故不必立即跳閩，規程規定可W 繼續運行1~2小時。小電流接地系統發生的單相接地故障盡管不會影響電網的正常運行， 但由于此時非故障相對地電壓升高，容易發生非故障相對地閃絡，從而造成兩相接地短路， 還可能引發電壓互感器及母線燒毀、電纜爆炸、電廠機組停運等事故，因此需要在短時間內 正確地選擇出故障線路，W便運行人員及時采取有效措施妥善處理。
[0003] 由于受到電網的復雜性、故障信號微弱、W及存在各種干擾等因素的影響，小電流 接地系統單相接地故障選線的可靠性問題成為長期W來困擾國內外繼保工作的一個難題， 迄今為止，國內外學者提出了大量的選線方法，其中采用信息融合的方法對多個判據進行 融合的綜合選線是一種有效提高故障選線的可靠性的手段。綜合選線方法中普遍采用故障 測度運個概念，故障測度是定義在某一區間的實變量，用來描述一條線路在某判據準則下 所包含的疑似接地故障線路信息特征程度的大小值。當某一條線路的故障測度越靠近所定 義的實變量區間最大值，表明該線路是故障線路可能性越高。反之，如果某條線路的故障測 度越接近所定義的實變量區間最小值，表明該線路是非故障線路可能性越高。目前存在多 種故障測度的計算方法，賈清泉;楊奇遜等在刊號為0258-8013的期刊《中國電機工程學報》 2003年第23卷第12期第6頁至第11頁《基于故障測度概念與證據理論的配電網單相接地故 障多判據融合》公開了一種故障測度計算方法，在龐清樂編著，電子工業出版社2010年8月 出版的專著《小電流接地故障選線與定位技術》第85頁至第93頁中公開了一種故障測度計 算方法，康怡，劉培躍等在刊號1007-2691的期刊《華北電力大學學報》2007年第34卷第3期 第6頁至第11頁《應用模糊理論實現配電網單相接地故障判別》公開了一種故障測度計算方 法，由于W上運些故障測度的計算方法都是各學者根據自身的理解進行定義和設計的，都 存在著一定的片面性，而故障測度的準確度對最終的綜合選線結果有很大的影響，因此，上 述運些故障測度計算方法由于存在片面性影響綜合選線準確度的提高。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是提供一種小電流接地系統綜合選線故障測度的計算 方法，運種方法減少了現有的故障測度計算方法的片面性，提高了故障測度的準確度，從而 提高了綜合選線的準確度。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明采用DS證據理論的方法將目前現有的幾個主要故障 測度計算結果進行融合作為最后的故障測度結果，從而降低故障測度計算方法的片面性， 提高故障測度的準確性，有助于進一步提高綜合選線準確度。
[0006] 本方法采取的技術方案包括W下步驟：
[0007] 步驟1、故障選線邏輯啟動；
[000引步驟2、采集故障數據；
[0009] 步驟3、選擇M個選線判據和N種故障測度計算方法；
[0010] 步驟4、選取一個選線判據；
[0011] 步驟5、利用選取的N種故障測度計算方法計算每條線路故障測度值，則每一個線 路得到N個故障測度；
[0012] 步驟6、對于每一條線路，利用DS證據理論融合步驟5得到的N個故障測度作為該判 據對每條線路的故障測度；
[0013] 步驟7、選取下一個選線判據，重復執行第5步和第6步，直至第M個判據計算完畢。
[0014] 信息融合就是在一定準則下，運用相應的理論和算法，利用計算機對多源信息進 行處理，實現將所獲得信息進行綜合利用從而達到更能準確反映實際情況的目的。在源數 據中不可避免的會存在各種噪聲，使用不同的信息來描述同一特征的事物，可W減少運種 由源數據不精確所引起的不確定性，系統的精度可W得到很大提高。信息融合技術使用意 義表現為:更高的信息利用率、更強的容錯能力、更高的精度、更強的檢測與識別能力。DS證 據理論是基于統計的信息融合算法，它最大的特點是對不確定信息的描述采用了"區間估 計"而不是"點估計"的方法，在區分不知道與不確定方面W及精確反映證據收集方面顯示 出很大的靈活性。
[0015] 本發明技術效果在于：
[0016] 目前的故障測度的計算方法可W看成是對真實的故障測度的測量，由于它們都具 有一定的片面性，因此它們是存在噪聲的測量值，采用DS證據理論將多種故障測度進行融 合，達到使用不同的信息來描述故障測度的目的，可W減少運種由源數據不精確所引起的 不確定性，提高測量的準確性。因此采用DS證據理論融合后的故障測度準確度進一步提高， 從而提高故障選線的準確度。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明實現的流程圖；
[0018] 圖2是本發明接地故障實驗示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖1和實例對發明做進一步描述，本發明具體包含W下步驟：
[0020] 步驟1、故障選線邏輯啟動：當系統正常運行時，小電流接地系統零序電壓為零，= 相相電壓平衡，當發生單相接地故障時，其零序電壓大于零，故障相電壓降低，非故障相電 壓升高，因此，可WW母線零序電壓瞬時值大于設定值W及非故障相電壓升高超過設定值， 來進行判斷，當條件均滿足時故障選線裝置啟動;其中零序電壓設定值為0.15倍的相電壓， 非故障相電壓設定值為1.1倍相電壓；
[0021] 步驟2、選線裝置啟動后，采集故障前2個周波和故障后15個周波數據，提取故障前 半個周波和故障后一個半周波數據共兩個周波數據作為暫態量數據，提取故障后5~15個 周波數據作為穩態量數據；
[0022] 步驟3、選擇M個選線判據和N種故障測度計算方法:選擇1~巧巾穩態判據和2~3種 暫態判據作為綜合選線的判據，選擇3~4種現有常用的故障測度計算方法；
[0023] 步驟4、選取一個選線判據；
[0024] 步驟5、對于一個選定的選線判據，計算每種故障測度計算方法下的故障測度，貝U 對于該選線判據，每條線路有N種故障測度；
[0025] 步驟6、利用DS證據理論方法對步驟5得到的N種故障測度進行融合，融合后得到的 故障測度則為該判據下每條線路故障測度值。
[00%] DS證據理論融合的具體步驟如下：
[0027] 6A、識別框架的確定
[0028] 故障測度的確定主要是針對系統所有線路的故障測度，因此，系統所有線路就構 成了故障測度的識別框架。
[0029] 設系統共有L條線路，給每條線路編一個編號，用數組S( ?)表示，則識別框架為0 ={S化）|k = 0，l，...，L}
[0030] 6B、構造基本信度分配函數
[0031] 基本信度分配函數定義為識別框架0幕集2?上的函數，如果集函數m:2?^[0，l] 滿足Hi((I))=O;對于
，則m(A)稱為A的基本信度分配函數。M(A)反映了 對A本身的信度的大小。
[0032] 在確定的故障判據的情況下，每一種故障測度的計算方法就構成了一個證據體， 對于每種判據，選擇M種故障測度計算方法，則可得至IjM種故障測度。
[0033] 本發明構建的基本信度分配函數為：
[0034] m=mr ? ma (1)
[0035] 式中mr為相對信度分配函數，ma為可確定信度系數。
[0036] 對于第k條線路，在確定的故障判據的情況下，對于一種確定的故障測度計算方 法。它的相對信度分配函數計算如下：
[0037] 首先計算第k條線路的故障測度與系統所有線路故障測度之和的比值：
[00；3 引
（2)
[0039] 其中F化)表示第k條線路的故障測度。
[0040] 然后第k條線路相對信度分配函數按照如下分段函數進行計算：
[0041 ]
口）
[0042] 假設對于M種故障測度計算方法，Zi, i = l，…，M是第i種故障測度計算方法得到的 包括母線的所有線路的最大故障測度值，Zm是Zi中最大值，則可確定信度系數為
[0043] ma = Zi/zm (4)
[0044] 則基本信度分配函數表達式為：
[0045] m(A) =IHr(A) ? ma A= {S化）K5)
[0046]
抑
[0047] 其中m( 0 )表示分配給不確定的信任程度。
[004引 6C、證據組合
[0049] 對于選定的判據，假設采用了N種故障測度計算方法，h^j=0,…，L)表示線路j為 故障線路，可得到N組基本信度分配值：
[0050] mi化日），mi(hi) ,mi化2),,mi化L) ,mi( 0 );
[0051 ] m2化0) ,m2化I) ,m2化2),,m2化L) ,m2( 0 );
[0052]............
[OOM] mN(ho) ,mN(hi) ,mN(h2),,mN(hL) ,mN( @ ); (7)
[0化4] DS證據理論組合規則為：
[0055] 1)兩個信度分配數的合成規則
[0化6] 設Mi和M2是2?上兩個信度分配函數，則其正交和M=化+M2定義為：
[0化7]
[0化引 做
[0化9]
[0060] 巧）
[0061] 式中C是包含完全沖突假設Al和A2的所有信度分配函數乘積之和，所謂沖突假設Al 和A2是指目標模式在識別框架0中不可能同時存在，在本發明中指的是線路h^j = 0,…，L) 不可同時發生故障，因此，本發明中具體的合成規則算法如下所示：
[0062]
(10)
[ … [0064] 則前得輔合后A配到線路h n的信度分配函數值
[00化]
(!])
[0066] 同理可求出融合后分配到其他線路的信度分配函數值m化i)，i = l，…，L
[0067] 融合后不確定度
[006引 m( 0 ) =mi( 0 )m2( 0 )/c (13)
[0069] 2)多個信度分配函數的合成規則
[0070] 多個信度分配函數的正交和M=化+M2+-+Mn定義為：
[0071] M(巫）=0，A=巫
[0072] (14)
[0073]
[0074] (15)
[0075] 對于多個信度分配函數在本發明中的合成規則具體計算，其方法與兩個信度分配 函數的合成規則具體算法類似。
[0076] 6D、故障測度的確定
[0077] 對于確定的判據，將DS證據組合的結果作為每條線路的故障測度值；
[0078] 步驟7、選取下一個選線判據，重復執行步驟5和步驟6,直至第M個判據。
[00巧]具體實施例：
[0080] 圖2為小電流接地系統單相接地故障示意圖，圖中G為電源，T為變壓器，變比為 1 lOkV/1 IkV，聯接組別為YN/D11，有5條出線，當開關K斷開時為中性點不接地系統，當開關K 閉合時為中性點經消弧線圈串聯電阻接地，過補償度為10%，線路的正序參數為:Ri = O. 17 Q/km，レ = 7.6恤/km，Cl = 0.061uF/km，零序參數為：R日 = 0.23Q/km，L日 = 34.4mH/km，Co = 0.038uF/km。線路的長度分別為：b=12km，L2 = 20km，L3 = 25km，L4=6km，L5 = 22km。
[0081] 分別在每條線路(包含母線）的不同位置，W不同的故障合閩角、不同的電壓相位 及不同的過渡電阻等條件下，設置了大量的故障點進行仿真驗證。對于中性點不接地系統， 判據選取零序電流基波分量法、零序電流五次諧波分量法W及小波包法運=個判據，對于 中性點經消弧線圈接地系統，判據選取零序電流有功分量法、小波包法W及突變量法。故障 測度計算方法分別采用文獻1:《中國電機工程學報》2003年第12期《基于故障測度概念與證 據理論的配電網單相接地故障多判據融合》公開的故障測度計算方法，文獻2:龐清樂編著， 電子工業出版社2010年8月出版的專著《小電流接地故障選線與定位技術》公開的故障測度 計算方法，文獻3:期刊《華北電力大學學報》2007年第3期《應用模糊理論實現配電網單相接 地故障判別》公開的故障測度計算方法，與本發明的利用DS證據理論將W上S種文獻計算 出的故障測度融合后得到的故障測度進行對比。表1是系統每條線路設置多種故障后幾種 方法故障測度計算值進行平均后的結果比較。表中向量，扣，枯，枯心，化心)分別表示線路 Li、L2、L3、L4、Ls、母線的故障測度值，故障測度值均歸一化到[0，U區間。
[0082] 表1各種方法的平均故障測度計算結果比較
[0083]
[0084] 從表1可W看出，采用本發明的故障測度，能夠更加明顯地將故障線路突出出來， 從而能進一步提高綜合選線的準確度。
[0085] 表2是利用上述故障測度采用神經網絡綜合選線方法進行選線的正確率。
[0086] 表2基于不同故障測度進行神經網絡選線的正確率比較
[0087]
[0088] 通過表2可知，利用幾種故障測度測度的方法均能夠有效選出故障線路，但利用本 發明故障測度能夠較高地提高選線準確度。
【主權項】
1. 小電流接地系統綜合選線故障測度計算方法，實現的過程為： (1) 故障選線邏輯啟動； (2) 采集故障數據； (3) 選擇選線判據和故障測度計算方法； (4) 計算選取的選線判據賦予的包括母線在內的每條線路故障測度值； 其特征是： (5) 對于選取的選線判據，計算每條線路故障測度值時，是將多種故障測度計算出的 值進行融合后的結果作為每條線路的故障測度值。2. 根據權利1所述的小電流接地系統綜合選線故障測度計算方法，其特征是:所選擇的 融合方法是DS證據理論。
【文檔編號】G01R31/02GK106019047SQ201610329950
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】顧民, 葛良全, 胡傳皓, 楊小峰, 賴茂林, 張晴
【申請人】成都理工大學